BIM技术在第四代住宅建筑设计的应用研究

摘要：建筑业的发展和社会经济的发展和科技的发展是紧密相连的，随着5 G等新技术的深入和发展，住宅建筑也在不断地进行升级和发展，目前，第四代住宅已经成为我国住宅建设的主体。随着 BIM技术在我国住宅建筑设计领域的应用日益广泛，将其与第四代住宅建筑设计相结合，必将使第四代住宅建筑的设计水平得到极大的提高。因此，本篇文章就对BIM技术在第四代住宅建筑设计的应用进行分析，从而推动第四代住宅建筑领域不断发展进步。

关键词：BIM技术；住宅建筑设计；应用

中图分类号：TU241

随着科学技术的发展与社会要求的改变，住宅建筑呈现出“绿色”“智能”“高效”“可持续”等特征。BIM是一种集成化的设计和管理工具，它为四代住宅建筑的设计与管理提供了强有力的技术支撑。BIM技术以其构建的3D模型和丰富的工程信息为基础，使设计流程可视化、协作化，并提升设计精度与可预见性。本文将详细探讨BIM在第四代住宅建筑设计中的应用，从而保障第四代住宅建筑设计的质量。

1 第四代住宅建筑概述

第四代住宅建筑起源于日本，近几年在国内引起了广泛的重视。它突出了“空中城市森林花园”的人居环境，关注生态品质，可以看作是“绿色建筑”的扩展。我们的设计结合了传统建筑的优势，既支持了高楼的发展，又配置了节水灌溉与太阳能发电系统，节约能源，保护环境。然而，目前国内对第四代住宅的开发还停留在推广阶段，其设计品质及使用效果还不能很好地保证。随着人们对居住品质的不断提高，人们对此类房屋的需求量也在逐年增长。作为从业者，有必要把握这种发展潮流，把握其现代化、人文化、宜居的特点，把自然与人文环境融为一体，为居民提供高品质的体验空间。

2 第四代住宅建筑设计理念

2.1 以人为本的设计理念

第四代住宅建筑设计的核心思想是以人为本，将居民的生活习惯、需要和喜好都充分地考虑进去，营造出一种真正适合现代生活的人居环境。在建筑设计中，既要考虑建筑的美感，又要考虑建筑的功能与舒适度。比如，内部空间的布置要有弹性，这样才能方便地满足不同家庭成员的需要；建筑的采光与通风要注意自然光线与气流的流动，尽量少用人工灯光及空调设备；噪声治理上，要采取隔声材料，合理布置空间，从而确保住户在忙碌一天后能够享受安静的休息空间。

2.2 可持续性设计理念

第四代住房注重可持续发展，其目标是降低对环境的不利影响，从而促进绿色建筑的发展。具体措施包括采用节能材料和技术，即通过使用节能材料、提高能效、降低能耗等措施。比如，采用高效保温材料，太阳能光伏发电系统，以及节能灯具等，都能大大减少住宅建筑的能源消耗。与此同时，环境保护的设计思想也包含了减少建筑废料的排放，提倡再生木材和环保涂料等可再生材料的使用，以降低对自然资源的过度消耗[1]。

2.3 智能化设计理念

第四代住宅设计是一种以物联网、人工智能、大数据为代表的新型住宅建筑模式，它是一种新型的居住方式。智能设计不仅仅是指智能照明、智能温度控制、智能安防等家庭设施的自动控制，更重要的是对整个住宅系统进行智能管理。比如，用户可以通过智能家居平台对家里的各种家电进行远程操控，对房屋的安全状态进行实时监测，并能够按照家人的日常生活习惯对其进行调整。

2.4 健康设计理念

第四代住宅以健康为核心，以营造绿色、健康、舒适的人居环境为目标。为降低居民身体健康风险，建议采用环保、无毒、低 VOC的建材。同时，如何有效地控制室内空气品质，对建筑的健康设计至关重要。采用先进的空气净化系统和新风系统，保证了室内空气的新鲜，降低了甲醛和 PM2.5等有害气体的含量。同时，在住宅的设计中，也要注重居民的精神卫生，为居民提供宽阔明亮的空间，充足的自然光，舒适的家具，营造出一种温馨轻松的居住环境，以满足人们对健康生活的需求，第四代住宅建筑设计理念如图1所示。

图1  第四代住宅设计理念

3 BIM技术在第四代住宅建筑设计中的应用

3.1 三维建模设计

在 BIM技术的帮助下，设计人员可以全方位、多角度地对建筑物的外形进行全方位、多角度的仿真，从整体的布局到细部的装修，都达到了炉火纯青的地步。这样一种直观、可视化的设计方法，不但可以帮助设计人员更好地了解设计意图，同时也方便了与业主等各方的有效交流，保证了设计方案的精确表达。同时，BIM模型具有多源数据融合的特点，可实现多种参数信息的实时更新和同步，保证设计精度的提高。设计人员可随时调节模型的参数，并能及时地观察到设计的改变，从而有效地克服了传统平面设计中由于信息延迟和错误理解所引起的错误。通过 BIM的3D模型构建，实现四代住宅建筑制图的可视化和精确性的提升，为构建高质量、高性能的住宅建筑奠定技术基础[2]。BIM技术设计过程可以表示为：

D 表示设计结果；

P表示设计参数；

I表示设计意图；

f表示BIM软件的功能。

3.2 协同设计

BIM技术的应用，使传统的建筑设计和施工发生了革命性的变化，为企业提供了一个高度整合、协同的信息管理平台。这个平台可以让建筑，结构，机电，暖通等多个学科的设计人员可以在同一3D模型上进行施工。在 BIM技术的帮助下，各专业间的设计数据能够实时地分享、更新，保证各专业队伍能够及时地了解到最新的设计资料和变更，从而能够很好地解决在传统的设计过程中，由于信息孤岛而导致的冲突和重复工作。设：传统模式下的设计效率为E_t，BIM模式下的设计效率为E_b；传统模式下的设计准确性为A_t，BIM模式下的设计准确性为A_b。则BIM技术的引入带来的设计效率提升比例可以表示为：

BIM技术的引入带来的设计准确性提升比例可以表示为：

通过 BIM平台，能够实现碰撞检测。该功能通过对各专业设计方案，如结构件、机电管路等（如图2）间可能存在的矛盾进行自动识别，形成详细的分析报告。若能及早发现并加以处理，则可避免后续工程变更及附加费用，且可大幅提升工程之效率与精度。

同时，BIM技术也使设计的版本管理、历史追踪等功能得到了进一步的提高。设计人员可以轻松获取设计流程，追溯其演变过程，既保证了设计过程的有序性，又让团队成员在面临复杂的设计决策时，可以根据完备的历史数据作出明智的决策。这样的高透明度、可追踪性，不但加强了项目团队成员间的互信，更是保证了整个项目的顺利进行，高度透明和可追溯的工作方式带来的信任度提升可以用以下公式表示：

其中，T表示团队之间的信任度，V表示版本控制机制的完善程度，H表示历史追溯机制的完善程度。函数f表示信任度与版本控制和历史追溯机制之间的关系。

图2  结构构件与机电管道碰撞检测

3.3 性能模拟与优化

BIM技术是一种将各种先进的分析软件集成的方法，可以对建筑物进行综合的仿真与优化。这种技术并不局限于建筑物的外形与构造，而是将建筑物的各种使用特性，以达到既美观又满足性能要求的目的，BIM技术性能模拟与优化如表1所示。

首先，BIM技术精确模拟光照，关键于室内设计和节能。通过光照分析，合理选择门窗尺寸和布局，最大化利用自然光，减少灯光依赖，实现节能。适当照明设计改善视觉疲劳，提升居住和工作体验。

其次，BIM在通风性能的模拟上也展现了其强大的能力。为确保室内环境品质与舒适度，需进行有效通风设计。借助BIM技术，设计者能在不同季节和气候条件下仿真室内气流，优化通风设计。这不仅提升了室内空气质量，还能在夏季有效降温，减少空调使用，实现节能。

表1  BIM技术性能模拟与优化

最后，BIM技术也可以实现热工性能模拟。通过对建筑材料和构造的热传导性能进行详细分析，为设计者提供最优的隔热设计方案。这不仅有助于保持室内温度的稳定性，减少暖气和空调的使用，还能显著降低建筑的运行能耗，符合可持续发展的理念[3]。

4 BIM技术在第四代住宅建筑施工中的应用

4.1 施工方案优化与可视化交底技术

4.1.1 施工方案优化

BIM技术可通过对组织结构、资源配置、实施环境等多种因素的影响，对施工计划进行仿真和分析，有助于项目团队对施工计划进行科学、合理的选择。基于 BIM技术的仿真分析，能够对项目实施过程中出现的问题与风险进行预测，并对其进行相应的调整与优化，保证项目的顺利实施。同时，BIM还可以辅助求解现场交通组织、施工进度安排、复杂工序与作业面布置等关键科学问题，为安全措施的检测、工期的缩短和技术方案的制定提供强有力的支撑。

4.1.2 可视化交底技术

BIM技术交底主要基于BIM技术进行建筑项目模型的三维可视，实现从设计到施工、运营全过程的可视化、透明化。在可视化的3D模型上，实现了对施工全过程的逼真再现，并利用3D软件展示了各个施工环节，提高了工人的工作效率，简化了工程建设。同时，也能使施工人员对工程的内容及要求有更直接的了解，从而降低由于对工程的误解而引起的工程问题。可视化交底技术也可以用来检查图纸上的设计漏洞，大大提高了后期施工的质量，减少了更改和修正的次数，使工程造价得到了有效地降低[4]。

4.2 施工进度模拟技术

利用 BIM技术，实现对施工进度、资源配置的精确控制。借助这一技术，团队能够创建出详尽的施工模型，实现了建筑全过程的仿真，准确地展现了各阶段的工作内容、时间节点和所需要的资源。这种模拟方式既能直观展现施工进度的动态变化，又能让项目团队事先发现工期延迟、资源利用冲突等问题，提前做出反应。BIM模型将工程量、人力、材料、机械设备等多个维度的数据融合在一起，实现对资源的动态配置与调度。当项目实施过程中出现偏离原计划时，BIM可以快速形成详细的报告，对出现偏差的原因进行分析，并提出相应的调整措施，保证项目的顺利进行。此外，BIM技术也为各参建单位的协作提供了便利，通过共享的施工模式，各方均能对建设进展及所需的资源进行实时掌控，降低交流壁垒，大幅提升施工过程的效率[5]。

4.3 材料管理与资源调配

实现材料和资源的精细化管理 BIM技术将建筑的种类、规格、数量等多种材料信息整合到一起，形成精细的3D建筑模型。这使得项目团队可以在设计阶段就对所需的物料进行精确的估算，从而为物资的购买与存货的管理奠定了坚实的基础，相关信息可以通过以下公式进行计算：

其中，M表示材料的总需求量，Q₁表示第i种材料的使用量，U₁表示第i种材料的单位用量。当第i种材料的使用量Q₁增加时，总需求量M也会相应增加；当第i种材料的单位用量U₁增加时，总需求量M同样会增加。

同时，借助 BIM技术，项目团队还能对物料的使用状况进行实时追踪，并对采购计划进行相应的调整，防止出现供不应求的情况，进而达到减少材料费用、提升经济效益的目的。设：R表示材料消耗速率，表示在时间间隔内的材料消耗量。

当时间间隔内的材料消耗量增加时，材料消耗速率R会增加；如果时间间隔保持不变，而材料消耗量减少，则材料消耗速率R会降低。

同时，BIM还能实现动态的资源配置。在施工阶段，项目团队能够依据 BIM模型对工程进度、资源要求进行合理配置。通过对工程建设过程中所遇到的各种问题的实时监测与分析，使项目团队能够及时地识别出建设过程中存在的资源瓶颈，从而有效地解决了工程建设中存在的问题。另外，BIM技术还能使各专业间的资源共享与协作，从而提升了资源的使用效率，经济效益分析公式如下：

其中，c表示总成本，p表示材料的单价，m表示材料的总用量，s表示通过BIM技术节省的成本。当材料的单价p增加时，总成本c会增加。如果材料的总用量M保持不变，而通过BIM技术节省的成本s增加，则总成本c会降低。相反，如果节省的成本s减少，总成本c则会上升[6]。

5 结论

综上所述，在建筑设计方面，第四代住宅设计理念的提出和实际运用已初见成效。第四代住宅设计上兼顾了环境品质和生活舒适度，同时兼顾了能源和环境的保护，满足了城市的可持续发展需求。随着技术的进步与新材料的大量使用，未来第四代住宅有望进一步升级或迭代。

参考文献

[1]赵琦,纪加强.BIM技术在现代住宅建筑中的应用[J].四川水泥,2024(11):109-111.

[2]朱文平.基于生态现代化理论的第四代住宅建筑建造浅析[J].四川水泥,2023(11):139-141.

[3]夏重阳.第四代住宅设计理念及其实践应用研究[J].房地产世界,2023(15):45-47.

[4]刘雪娟.第四代住宅建筑的创新设计研究——以湖南省长沙福地雅宾利项目为例[J].工程建设与设计,2023(14):1-3.

[5]王春晖,李尚绩,陶国庆.BIM技术在第四代住宅建筑设计中的应用研究[J].居舍,2023(3):126-129.

[6]蒋云刚.BIM技术在第四代住宅建筑设计中的应用[J].住宅与房地产,2021(36):69-70.